WO2012157056A1 - 永久磁石型回転電機 - Google Patents

永久磁石型回転電機 Download PDF

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magnetic flux
flux control
rotor
holes
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盛幸 枦山
健太 金子
井上　正哉
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三菱電機株式会社
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    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electric machine such as a vehicle electric motor, and more particularly to a rotor structure of a rotating electric machine in which a permanent magnet is disposed inside the rotor.
  • IPM motor Interior ⁇ ⁇ Permanent Magnet Motor
  • Patent Document 1 it is necessary to extend the depth of the groove formed in the q-axis magnetic path to the vicinity of the end portion on the inner peripheral side of the permanent magnet embedded in the rotor. For this reason, it was difficult to process the magnetic steel sheets to be laminated, and there was a problem that it was difficult to obtain the outer diameter accuracy of the rotor core.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a permanent magnet type rotating electrical machine capable of reducing torque ripple without impairing the outer diameter accuracy of the rotor core.
  • a permanent magnet type rotating electrical machine includes a stator having a plurality of slots for accommodating a stator coil inside a slot, and a rotation gap in the stator.
  • a rotor core disposed so as to be rotatable, and a rotor in which a plurality of permanent magnets are embedded per pole inside the rotor core, and the rotor core includes a plurality of the cores.
  • a magnet insertion hole for embedding the permanent magnet is formed in a convex shape toward the center of the rotor, and when the permanent magnet is embedded in each of the magnet insertion holes, at least the side surface portion on the outer peripheral side of the permanent magnet located on both sides
  • a center line between the magnetic poles is formed between the one permanent magnet group composed of the plurality of permanent magnets and the other permanent magnet group adjacent to the one permanent magnet group.
  • a pair of magnetic flux controls that are symmetrical with respect to A hole is provided for each magnetic pole, the diameter of each magnetic flux control hole is d, the distance between the centers of the pair of magnetic flux control holes is m, the width of the interpolar part is b, and the pole pitch of the permanent magnet group is ⁇ .
  • m / ⁇ obtained by normalizing the center distance m by the pole pitch ⁇ of the permanent magnet group satisfies 0.08 ⁇ m / ⁇ ⁇ (b ⁇ 2d) / ⁇ .
  • a magnetic flux control hole is provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a permanent magnet type electric motor that is an example of a permanent magnet type rotating electrical machine according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a rotor showing a magnetic pole configuration of a permanent magnet embedded in the rotor.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of the case where the permanent magnet of the portion indicated by the broken line in FIG. 2 is not inserted.
  • FIG. 4 is a partially enlarged view corresponding to FIG. 3 when a permanent magnet is inserted.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the detailed position of the magnetic flux control hole according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a time change of torque ripple according to the presence or absence of the magnetic flux control hole according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the center distance of the magnetic flux control holes and the amplitude of the torque ripple according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is an axial sectional view of a magnetic flux control hole according to the second embodiment formed by a caulking structure.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the distance between the centers of the magnetic flux control holes and the torque ripple amplitude according to the second embodiment formed by the caulking structure.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a partial structure of the rotor core of the permanent magnet type rotating electric machine according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram (simulation result) showing the relationship between the distance between the centers of the magnetic flux control holes and the torque ripple amplitude by the rotor structure according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a partial structure of the rotor core of the permanent magnet type rotating electric machine according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a permanent magnet type electric motor that is an example of a permanent magnet type rotating electrical machine according to Embodiment 1
  • FIG. 2 is a schematic cross section of a rotor showing a magnetic pole configuration of a permanent magnet embedded in the rotor.
  • 3 is a partially enlarged view when the permanent magnet of the portion indicated by the broken line in FIG. 2 is not inserted, and
  • FIG. 4 corresponds to FIG. 3 when the permanent magnet is inserted.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a permanent magnet type electric motor that is an example of a permanent magnet type rotating electrical machine according to Embodiment 1
  • FIG. 2 is a schematic cross section of a rotor showing a magnetic pole configuration of a permanent magnet embedded in the rotor.
  • 3 is a partially enlarged view when the permanent magnet of the portion indicated by the broken line in FIG. 2 is not inserted
  • FIG. 4 corresponds to FIG. 3 when the permanent magnet is inserted.
  • a permanent magnet type electric motor 1 according to Embodiment 1 includes a stator 2 and a rotor 5.
  • the stator 2 has a stator core 3 having a cylindrical shape, and the stator core 3 is formed with, for example, 36 teeth 3b at an equiangular pitch and intermittently on the inner peripheral side thereof. Thus, 36 slots 3a are formed.
  • the stator coil 4 is wound and stored so as to include a predetermined number of teeth 3b therein.
  • the rotor 5 is produced by, for example, laminating and integrating a predetermined number of magnetic steel plates, the outer peripheral surface forms a cylindrical surface, and the 18 magnet insertion holes 7 are arranged so as to be arranged at an equiangular pitch.
  • the arrangement of the magnet insertion holes 7 includes two magnet insertion holes 7a and 7c at both ends of one magnet insertion hole 7b, and the outer peripheral surface (outer peripheral direction) of the rotor core 6.
  • Six sets are arranged (formed) in a generally U shape so as to open toward the front.
  • the direction of the magnetic flux by the permanent magnets 8a to 8c which is a set of first permanent magnets, is magnetized (magnetized) in a direction that converges toward the outer peripheral surface of the rotor core 6, while the adjacent set (the first set)
  • the permanent magnets 16 a to 16 c of the second permanent magnet set are magnetized in such a direction that the direction of the magnetic flux extends toward the center of the rotor core 6.
  • the permanent magnet group magnetized in the direction in which the direction of the magnetic flux by the permanent magnet converges toward the outer peripheral surface of the rotor, and the central portion of the rotor Permanent magnet groups that are magnetized in a direction that spreads out are arranged alternately.
  • the reason why the direction of magnetization by the permanent magnet group is configured as described above is to make the induced voltage of the stator coil sinusoidal, and in applications that do not require the induced voltage of the stator coil to be sinusoidal, Not as long. That is, the magnetization directions of the permanent magnet groups magnetized in the direction toward the outer peripheral surface of the rotor or in the direction toward the center of the rotor may be parallel.
  • cavities 9 are formed on both side surface portions, and cavity portions 9c1 and 9c2 are formed on both side surface portions of the permanent magnet 8c.
  • the permanent magnet 8c of one permanent magnet group is formed in the inter-pole portion 22 between 8a to 8c forming one permanent magnet group and 16a to 16c forming adjacent permanent magnet groups.
  • the magnetic flux control hole 20a is provided in the vicinity of the formed hollow portion 9c2
  • the magnetic flux control hole 20b is provided in the vicinity of the hollow portion 17a1 formed in the permanent magnet 16a of the adjacent permanent magnet group.
  • These magnetic flux control holes 20 a and 20 b are holes that enable reduction of torque ripple, and the depth of the holes is preferably formed to the same extent as the thickness of the permanent magnet 8 embedded in the rotor core 6.
  • FIG. 1 36 slots 3 a are arranged at an equiangular pitch in the circumferential direction of the stator 2, and 18 permanent magnets 8, 16 constituting 6 permanent magnet groups are arranged in the circumferential direction of the rotor core 6.
  • an electric motor (6 slots per pole, 3 slots per pole) in which 6 pairs (12 pieces) of magnetic flux control holes 20 are provided at 6 poles between 6 permanent magnet groups.
  • two magnetic flux control holes 20) per permanent magnet and one magnetic pole are shown as an example, the number of poles and slots of the motor, the number of permanent magnets, the number of magnetic flux control holes, etc. are limited to the configuration shown in FIG. Any number of choices are possible.
  • the shape of the magnetic flux control hole 20 is, for example, a circle, as shown in the figure, the center-to-center distance m of the magnetic flux control holes 20a and 20b, the diameter d of each magnetic flux control hole, and the pole pitch ⁇ of the permanent magnet group Consider the torque ripple when is a parameter.
  • FIG. 6 is a diagram (simulation result) showing a change in torque ripple over time according to the presence or absence of the magnetic flux control hole 20.
  • the horizontal axis plots the rotational position of the motor, and the vertical axis plots the torque.
  • a solid line is a case where the magnetic flux control hole 20 is provided, and a broken line is a case where the magnetic flux control hole 20 is not provided. As shown in the figure, it can be seen that the torque ripple is greatly reduced by providing the magnetic flux control hole 20.
  • FIG. 7 is a diagram (simulation result) showing the relationship between the distance between the centers of the magnetic flux control holes 20 and the amplitude of the torque ripple.
  • a value obtained by normalizing the distance between the centers of the magnetic flux control holes 20 a and 20 b by the magnetic pole pitch ⁇ is plotted on the horizontal axis, and the amplitude value of the torque ripple when the magnetic flux control hole 20 is provided on the vertical axis.
  • the solid line indicates the case where the diameters of the magnetic flux control holes 20a and 20b are 0.026 ⁇
  • the dashed line indicates the case where the diameters of the magnetic flux control holes 20a and 20b are 0.036 ⁇
  • the broken line indicates the magnetic flux control holes. This is a case where each diameter of 20a and 20b is 0.046 ⁇ .
  • the magnetic flux control holes 20a and 20b do not overlap each other, and a part of the magnetic flux control holes 20a and 20b does not overlap the magnet insertion hole 7c or the magnet insertion hole 15a. This is a condition (see FIG. 5).
  • the value (m / ⁇ ) obtained by normalizing the center distance m of the magnetic flux control holes 20a and 20b with the pole pitch ⁇ is 0.08 or more. Then, torque ripple can be reduced as compared with the case where the magnetic flux control hole 20 is not provided. Further, if the value of m / ⁇ is 0.1 or more, a torque ripple reduction rate of 20% or more can be obtained in the three cases of FIG. 7, which is a more preferable setting value.
  • the value of m / ⁇ is less than 0.2, but under this condition, a part of the magnetic flux control holes 20a and 20b does not overlap with the magnet insertion hole 7c or the magnet insertion hole 15a.
  • m ⁇ (b-2d) m / The condition of ⁇ ⁇ (b ⁇ 2d) / ⁇ ) is observed.
  • a pair of magnetic flux control holes are provided in the interpole portion of the rotor, and the pair of magnetic flux control holes do not overlap with each other.
  • Each of the pair of magnetic flux control holes does not overlap with a part of the adjacent magnet insertion hole, and the value (m / ⁇ ) obtained by normalizing the center distance m between the pair of magnetic flux control holes with the pole pitch ⁇ is 0. Since it is set to be 0.08 or more, torque ripple can be reduced. Further, since this method is a simple method of providing a hole in a part of the rotor core, there is an advantage that it is easy to obtain the outer diameter accuracy of the rotor core.
  • the hole portion does not need to be a gap (air), and a material (such as resin) having a lower permeability than the rotor core is embedded. It doesn't matter.
  • FIG. 8 is an axial sectional view of a magnetic flux control hole formed by a caulking structure.
  • FIG. 9 is a diagram (simulation result) showing the relationship between the distance between the centers of the magnetic flux control holes 20 formed by the caulking structure and the torque ripple amplitude.
  • the relationship between the horizontal axis and the vertical axis and the diameter of the magnetic flux control hole 20 as a parameter are the same as those in the first embodiment.
  • the magnetic flux control hole 20 When the magnetic flux control hole 20 is caulked, the magnetic permeability of the magnetic flux control hole 20 is smaller than the magnetic permeability of the rotor core 6. For this reason, it becomes equivalent to the structure of Embodiment 1, and it becomes possible to reduce torque ripple. Further, the caulking structure can fix the rotor in the axial direction, and the workability becomes easy. That is, by forming the magnetic flux control hole 20 into a caulking structure, the magnetic steel plate constituting the rotor core 6 is fixed and integrated, and the magnetic flux inside the rotor 2 is controlled to reduce torque ripple. Both effects can be obtained.
  • a pair of caulking holes are provided in the interpole portions of the rotor, and each of the pair of caulking holes is adjacent. Since the center distance m between the pair of caulking holes does not overlap with the magnet insertion hole and the value (m / ⁇ ) normalized by the pole pitch ⁇ is set to 0.08 or more, The caulking hole acts as the magnetic flux control hole described in the embodiment, and torque ripple can be reduced. Further, since this method is a simple method in which a caulking structure hole is provided in a part of the rotor core, an effect that the outer diameter accuracy of the rotor core is not impaired can be obtained.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a partial structure of the rotor core of the permanent magnet type rotating electric machine according to the third embodiment.
  • three permanent magnets are arranged in a substantially U shape per pole.
  • two permanent magnets are arranged in a V shape as shown in FIG.
  • the magnetic flux control holes 20a and 20b similar to those of the first embodiment are provided in the inter-electrode portions.
  • FIG. 11 is a diagram (simulation result) showing the relationship between the center-to-center distance of the magnetic flux control holes 20 and the torque ripple amplitude by the rotor structure according to the third embodiment.
  • the relationship between the horizontal axis and the vertical axis and the diameter of the magnetic flux control hole 20 as a parameter are the same as those in the first embodiment.
  • the value (m / ⁇ ) obtained by normalizing the center distance m of the magnetic flux control holes 20a and 20b with the pole pitch ⁇ is 0.075 or more.
  • the condition of m / ⁇ ⁇ (b ⁇ 2d) / ⁇ is satisfied as a condition for preventing a part of the magnetic flux control holes 20a and 20b from overlapping the adjacent magnet insertion holes.
  • the number of permanent magnets is one less per pole than in the first embodiment, so that the magnet insertion process is reduced and the workability is facilitated. An effect is obtained.
  • FIG. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a partial structure of the rotor core of the permanent magnet type rotating electric machine according to the fourth embodiment.
  • Embodiment 1 the rotor cross-section detailed drawing in Embodiment 4 of this invention is shown.
  • FIGS. 3 and 4 when permanent magnets are inserted into the three magnet insertion holes 7 a to 7 c, gaps are formed on both sides. Then, as indicated by broken line portions 24a and 24c in FIG. 12, a cavity is not formed inside each of the magnet insertion holes 7a and 7c located on both sides.
  • the cavity of the side surface portion of the central permanent magnet can be enlarged, so that it is easy to insert an adhesive for fixing the permanent magnet, and the motor is assembled. The effect is easy.
  • two or three permanent magnets per pole are V-shaped or U-shaped toward the outer peripheral surface (that is, concave toward the outer peripheral surface or toward the rotor center).
  • the number of permanent magnets per pole may be four or more. That is, the permanent magnet type rotating electrical machine according to the present invention may have a configuration in which a plurality of permanent magnets per pole are arranged in a concave shape toward the outer peripheral surface or a convex shape toward the rotor center.
  • the permanent magnet 8 embedded in the magnet insertion hole 7 is exemplified by a substantially rectangular shape as shown in FIG. 4, for example, but is not limited to such a rectangular shape.
  • a trapezoidal shape may be used.
  • the shape of the magnetic flux control hole 20 has been described as a circular shape as an example, but is not limited to a circular shape, and may be another shape.
  • the circular shape has the advantage of easy processing, and is effective for shortening the manufacturing process.
  • the present invention is useful as a permanent magnet type rotating electrical machine capable of reducing torque ripple while maintaining the outer diameter accuracy of the rotor core.

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Abstract

　回転子鉄心６には、１極あたり複数個の永久磁石を埋め込む磁石挿入穴７ａ～７ｃが回転子中心に向かって凸型に形成され、回転子鉄心６の極間部２２には、磁極間の中心線を基準として対称形を成す一対の磁束制御穴２０ａ，２０ｂが各磁極毎に設けられ、磁束制御穴２０ａ，２０ｂの直径をｄ、中心間距離をｍ、極間部２２の幅をｂ、磁極間の極ピッチをτとするとき、中心間距離ｍを極ピッチτで規格化したｍ／τの値が、０．０８＜ｍ／τ＜（ｂ－２ｄ）／τを満足するように磁束制御穴２０ａ，２０ｂが設けられている。

Description

永久磁石型回転電機
　本発明は、車両電動機などの回転電機に係り、特に、回転子の内部に永久磁石を配置した回転電機の回転子の構造に関する。
　従来、回転子の界磁発生手段として永久磁石を用いる永久磁石式モータがあり、さらに、この永久磁石式モータを高速回転域に適用するため、永久磁石を回転子の内部に埋め込んで耐遠心力性を高めた磁石埋込型モータ（Interior Permanent Magnet Motor：以下「ＩＰＭモータ」と称する）が知られている（例えば、下記特許文献１）。
　この特許文献１に記載のＩＰＭモータでは、トルクリプルを低減するため、回転子の極間部（ｑ軸）に溝（スリット）を設けることが提案されている。
特開２００９－１１８７３１号公報
　しかしながら、上記特許文献１の技術では、ｑ軸磁路に形成される溝の深さを回転子に埋め込んだ永久磁石の内周側の端部付近まで延ばす必要がある。このため、積層する磁性鋼板の加工が難しく、回転子鉄心の外径精度を出しにくいという課題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回転子鉄心の外径精度を損なうことなく、トルクリプルの低減を可能とする永久磁石型回転電機を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る永久磁石型回転電機は、スロットの内部に固定子コイルを収納する複数のスロットを有する固定子と、前記固定子に回転空隙を介して回転可能に配置される回転子鉄心を有し、この回転子鉄心の内部に１極あたり複数個の永久磁石が埋め込まれる回転子と、を備え、前記回転子鉄心には前記複数個の永久磁石を埋め込む磁石挿入穴が回転子中心に向かって凸型に形成され、前記各磁石挿入穴に永久磁石を埋め込んだときに、両側に位置する永久磁石の少なくとも外周部側の側面部には空洞部が形成され、前記複数個の永久磁石からなる一の永久磁石群と、当該一の永久磁石群に隣接する他の永久磁石群との間の極間部には、磁極間の中心線を基準として対称形を成す一対の磁束制御穴が各磁極毎に設けられ、前記各磁束制御穴の直径をｄ、当該一対の磁束制御穴の中心間距離をｍ、前記極間部の幅をｂ、前記永久磁石群の極ピッチをτとするとき、前記中心間距離ｍを前記永久磁石群の極ピッチτで規格化したｍ／τの値が、０．０８＜ｍ／τ＜（ｂ－２ｄ）／τを満足するように当該磁束制御穴が設けられていることを特徴とする。
　本発明に係る永久磁石型回転電機によれば、回転子鉄心の外径精度を維持しつつ、トルクリプルを低減することができるという効果を奏する。
図１は、実施の形態１に係る永久磁石型回転電機の一例である永久磁石型電動機の断面図である。 図２は、回転子に埋め込まれる永久磁石の磁極構成を示す回転子の模式断面図である。 図３は、図２の破線部で示した部分の永久磁石が挿入されていない場合の部分拡大図である。 図４は、永久磁石が挿入されている場合の図３に対応する部分拡大図である。 図５は、実施の形態１に係る磁束制御穴の詳細な位置を説明する図である。 図６は、実施の形態１に係る磁束制御穴の有無に応ずるトルクリプルの時間変化を示す図である。 図７は、実施の形態１に係る磁束制御穴の中心間距離とトルクリプルの振幅の関係を示す図である。 図８は、かしめ構造によって形成される実施の形態２に係る磁束制御穴の軸方向断面図である。 図９は、かしめ構造によって形成される実施の形態２に係る磁束制御穴の中心間距離とトルクリプル振幅との関係を示す図である。 図１０は、実施の形態３に係る永久磁石型回転電機の回転子鉄心の一部の構造を示す模式断面図である。 図１１は、実施の形態３に係る回転子構造による磁束制御穴の中心間距離とトルクリプル振幅との関係を示す図（シミュレーション結果）である。 図１２は、実施の形態４に係る永久磁石型回転電機の回転子鉄心の一部の構造を示す模式断面図である。
　以下、添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る永久磁石型回転電機について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る永久磁石型回転電機の一例である永久磁石型電動機の断面図であり、図２は、回転子に埋め込まれる永久磁石の磁極構成を示す回転子の模式断面図であり、図３は、図２の破線部で示した部分の永久磁石が挿入されていない場合の部分拡大図であり、図４は、永久磁石が挿入されている場合の図３に対応する部分拡大図である。
　実施の形態１に係る永久磁石型電動機１は、固定子２および回転子５を備えている。固定子２は、円筒形状を成す固定子鉄心３を有し、この固定子鉄心３は、その内周部側に、例えば３６個のティース３ｂを等角ピッチで、且つ、間欠的に形成することによって３６個のスロット３ａが形成されている。なお、スロット３ａには、固定子コイル４が、ティース３ｂの所定数個分を内部に含むように巻装されて収納される。
　回転子５は、例えば所定枚数の磁性鋼板を積層および一体化して作製され、外周面が円筒面を成し、１８個の磁石挿入穴７が等角ピッチで配列されるように形成された回転子鉄心６と、各磁石挿入穴７内にそれぞれ収納された永久磁石８（８ａ～８ｃ：図２，４参照）および永久磁石１６（１６ａ～１６ｃ：図２参照）と、を備え、固定子２に対し回転空隙１８を介して回転可能となるように配置されている。
　ここで、磁石挿入穴７の配置は、図３に示すように、１つの磁石挿入穴７ｂの両端部に２つの磁石挿入穴７ａ，７ｃがあり、回転子鉄心６の外周面（外周方向）に向かって開くように概略Ｕ字状に６組配置（形成）されている。そして、第１の永久磁石の組である永久磁石８ａ～８ｃによる磁束の向きが回転子鉄心６の外周面に向かって収束する方向に着磁（磁化）される一方で、隣接する組（第２の永久磁石の組）の永久磁石１６ａ～１６ｃは、磁束の向きが回転子鉄心６の中心部に向かって広がる方向に着磁されている。すなわち、実施の形態１の永久磁石型電動機における回転子では、永久磁石による磁束の向きが回転子の外周面に向かって収束する方向に着磁された永久磁石群と、回転子の中心部に向かって広がる方向に着磁された永久磁石群と、が交互に配列されるように構成されている。
　永久磁石群による着磁方向を上記のように構成したのは、固定子コイルの誘起電圧を正弦波状にするためであり、固定子コイルの誘起電圧を正弦波状にする必要のない用途では、この限りではない。すなわち回転子の外周面に向かう方向または回転子の中心部に向かう方向に着磁された各永久磁石群の各着磁方向が平行であっても構わない。
　また、磁石挿入穴７ａ～７ｃに埋め込まれた永久磁石８ａ～８ｃの両側面部には、図４に示すような空洞部９（永久磁石８ａの両側面部には空洞部９ａ１，９ａ２、永久磁石８ｂの両側面部には空洞部９ｂ１，９ｂ２、永久磁石８ｃの両側面部には空洞部９ｃ１，９ｃ２が形成されるようになっている。
　さらに、実施の形態１では、一の永久磁石群を成す８ａ～８ｃと、隣接する永久磁石群を成す１６ａ～１６ｃとの間の極間部２２において、一の永久磁石群の永久磁石８ｃに形成される空洞部９ｃ２の近傍に磁束制御穴２０ａを設けると共に、隣接する永久磁石群の永久磁石１６ａに形成される空洞部１７ａ１の近傍に磁束制御穴２０ｂを設けるようにしている。これらの磁束制御穴２０ａ，２０ｂは、トルクリプルの低減を可能とする穴であり、穴の深さは、回転子鉄心６に埋め込まれる永久磁石８の厚さと同程度まで形成されることが好ましい。
　なお、図１では、３６個のスロット３ａが固定子２の周方向に等角ピッチで配列され、６個の永久磁石群を成す１８個の永久磁石８，１６が回転子鉄心６の周方向に埋め込まれ、さらに６個の永久磁石群間の６個の極間部に６対（１２個）の磁束制御穴２０が設けられる電動機（１極あたり６個のスロット、１極あたり３個の永久磁石、１磁極間あたり２個の磁束制御穴２０）を一例として示しているが、電動機の極数やスロットの数および永久磁石の数、磁束制御穴の数等、図１の構成に限定されるものではなく、任意の数の選択が可能である。
　つぎに、これらの磁束制御穴２０ａ，２０ｂのより詳細な位置について、図５を参照して説明する。
　図５には、回転子鉄心６の中心を通り、一の永久磁石群の右端にある磁石挿入穴７ｃと、隣接する永久磁石群の左端にある磁石挿入穴１５ａとから等距離にある磁極間中心線３０が引かれており、磁束制御穴２０ａ，２０ｂは、磁極間中心線３０から等距離、即ち、磁極間中心線３０に対して線対称に設けられている。
　つぎに、磁束制御穴２０の形状が、例えば円形である場合について、図示のように、磁束制御穴２０ａ，２０ｂの中心間距離ｍ、各磁束制御穴の直径ｄ、永久磁石群の極ピッチτをパラメータとするときのトルクリプルについて考察する。なお、磁束制御穴２０の形状が円形である場合、ｍ＝０は、磁束制御穴２０ａ，２０ｂが重なって一つになることを意味し、ｍ＝ｄは、磁束制御穴２０ａと磁束制御穴２０ｂの一点が接していることを意味する。したがって、０＜ｍ＜ｄである場合、磁束制御穴２０ａ，２０ｂの各一部が重なり合って一つの略楕円形状を成していることを意味する。
　図６は、磁束制御穴２０の有無に応ずるトルクリプルの時間変化を示す図（シミュレーション結果）であり、横軸にはモータの回転位置をプロットし、縦軸にはトルクをプロットしている。また、実線は磁束制御穴２０を設けた場合であり、破線は磁束制御穴２０を設けない場合である。同図に示すように、磁束制御穴２０を設けることにより、トルクリプルが大きく低減していることが分かる。
　図７は、磁束制御穴２０の中心間距離とトルクリプルの振幅の関係を示す図（シミュレーション結果）である。この図７では、横軸には磁束制御穴２０ａ，２０ｂの中心間距離を磁石の極ピッチτで規格化した値をプロットし、縦軸には磁束制御穴２０を有する場合のトルクリプルの振幅値を磁束制御穴２０を有さない場合のトルクリプルの振幅値で規格化した値を磁束制御穴２０の直径（極ピッチτに対する規格値）をパラメータとしてプロットしている。
　図７において、実線は磁束制御穴２０ａ，２０ｂの各直径が０．０２６τの場合であり、一点鎖線は磁束制御穴２０ａ，２０ｂの各直径が０．０３６τの場合であり、破線は磁束制御穴２０ａ，２０ｂの各直径が０．０４６τの場合である。なお、これら３つのケースの何れも、磁束制御穴２０ａ，２０ｂ同士が重なり合うことはなく、また、磁束制御穴２０ａ，２０ｂの一部が磁石挿入穴７ｃまたは磁石挿入穴１５ａと重なり合うことはない設定条件である（図５参照）。
　図７に示すように、磁束制御穴２０の大きさ（直径）に関わらず磁束制御穴２０ａ，２０ｂの中心間距離ｍを極ピッチτで規格化した値（ｍ／τ）を０．０８以上とすれば、磁束制御穴２０を設けない場合に比してトルクリプルを低減することができる。また、ｍ／τの値を０．１以上とすれば、図７の３つのケースにおいて、２０％以上のトルクリプル低減率を得ることができるので、より好ましい設定値である。
　なお、図７のシミュレーションでは、ｍ／τの値を０．２未満としているが、この条件は、磁束制御穴２０ａ，２０ｂの一部が磁石挿入穴７ｃまたは磁石挿入穴１５ａと重なり合うことはないという条件、即ち、一の永久磁石群と当該一の永久磁石群に隣接する他の永久磁石群との間の極間部の幅をｂとするとき、ｍ＜（ｂ－２ｄ）（ｍ／τ＜（ｂ－２ｄ）／τ）という条件が守られている。
　以上説明したように、実施の形態１の永久磁石型回転電機によれば、回転子の極間部に一対の磁束制御穴を設け、これら一対の磁束制御穴同士が重ならず、且つ、これら一対の磁束制御穴のそれぞれが隣接する磁石挿入穴の一部と重ならず、且つ、これら一対の磁束制御穴の中心間距離ｍを極ピッチτで規格化した値（ｍ／τ）が０．０８以上となるように設定したので、トルクリプルの低減が可能となる。また、この手法は、回転子鉄心の一部に穴を設けるという簡易な手法であるため、回転子鉄心の外径精度を得やすいという利点がある。
　なお、実施の形態１では磁束制御穴という概念で説明したが、穴の部分が空隙（空気）である必要はなく、回転子鉄心よりも透磁率の低い材料（樹脂など）が埋め込まれていても構わない。
実施の形態２．
　実施の形態１では、回転子の極間部にトルクリプルの低減を可能とする一対の磁束制御穴２０ａ，２０ｂを設けるようにしているが、これら磁束制御穴２０ａ，２０ｂの部分を図８に示すようなかしめ構造としてもよい。図８は、かしめ構造によって形成される磁束制御穴の軸方向断面図である。
　また、図９は、かしめ構造によって形成される磁束制御穴２０の中心間距離とトルクリプル振幅との関係を示す図（シミュレーション結果）である。なお、横軸と縦軸の関係および、パラメータとする磁束制御穴２０の直径についても、実施の形態１と同一である。
　図９に示すように、磁束制御穴２０の大きさ（直径）に関わらず磁束制御穴２０同士の中心間距離ｍを極ピッチτで規格化した値（ｍ／τ）を０．０８以上とすれば、かしめを設けない場合に比してトルクリプルを低減することができる。
　磁束制御穴２０の部分をかしめ構造とした場合、回転子鉄心６の透磁率よりも磁束制御穴２０の部分の透磁率は小さくなる。このため、実施の形態１の構造と等価となり、トルクリプルを低減することが可能となる。また、かしめ構造により、回転子軸方向の固定もでき、工作性も容易となる。すなわち、磁束制御穴２０の部分をかしめ構造とすることにより、回転子鉄心６を構成する磁性鋼板を固着して一体化する作用と、回転子２の内部の磁束を制御してトルクリプルを低減する作用との、双方の作用を得ることができる。
　以上説明したように、実施の形態２の永久磁石型回転電機によれば、回転子の極間部にかしめ構造による一対の穴（かしめ穴）を設け、これら一対のかしめ穴のそれぞれが隣接する磁石挿入穴とも重ならず、且つ、これら一対のかしめ穴の中心間距離ｍを極ピッチτで規格化した値（ｍ／τ）が０．０８以上となるように設定したので、これら一対のかしめ穴が実施の形態で説明した磁束制御穴として作用し、トルクリプルの低減が可能となる。また、この手法は、回転子鉄心の一部にかしめ構造の穴を設けるという簡易な手法であるため、回転子鉄心の外径精度を損なうことがないという効果が得られる。
実施の形態３．
　図１０は、実施の形態３に係る永久磁石型回転電機の回転子鉄心の一部の構造を示す模式断面図である。実施の形態１，２では、１極あたり３個の永久磁石を概略Ｕ字状に配置したが、この実施の形態では、図１０に示すように、１極あたり２個の永久磁石をＶ字形状に配置し、実施の形態１と同様な磁束制御穴２０ａ，２０ｂを極間部に設けている。
　また、図１１は、実施の形態３に係る回転子構造による磁束制御穴２０の中心間距離とトルクリプル振幅との関係を示す図（シミュレーション結果）である。なお、横軸と縦軸の関係および、パラメータとする磁束制御穴２０の直径についても、実施の形態１と同一である。
　図１１に示すように、磁束制御穴２０の大きさ（直径）に関わらず磁束制御穴２０ａ，２０ｂの中心間距離ｍを極ピッチτで規格化した値（ｍ／τ）を０．０７５以上とすれば、磁束制御穴２０を設けない場合に比してトルクリプルを低減することが可能となる。ただし、実施の形態１と同様に、磁束制御穴２０ａ，２０ｂの一部が隣接する磁石挿入穴と重なり合わないための条件として、ｍ／τ＜（ｂ－２ｄ）／τという条件を満足する必要がある。
　また、実施の形態３に係る回転子鉄心の構造によれば、永久磁石の数が実施の形態１よりも１極あたり１個少ないので、磁石挿入工程が少なくなり、工作性が容易になるという効果が得られる。
実施の形態４．
　図１２は、実施の形態４に係る永久磁石型回転電機の回転子鉄心の一部の構造を示す模式断面図である。実施の形態１では、本発明の実施の形態４における回転子断面詳細図を示す。実施の形態１では、図３，４に示すように、３つの磁石挿入穴７ａ～７ｃに永久磁石を挿入したときに全ての両側に空隙部が形成される構造としているが、実施の形態４では、図１２の破線部２４ａ，２４ｃで示すように、両側に位置する磁石挿入穴７ａ，７ｃの各内側には空洞部が形成されない構造としている。破線部２４ａ，２４ｃで示す部分は、磁束制御穴２０ａ，２０ｂから離れているため、図６および図７に示すシミュレーション結果に及ぼす影響は小さい。このため、実施の形態４に係る回転子鉄心の構造であっても、実施の形態１と同様の効果が得られる。
　また、実施の形態４に係る回転子鉄心の構造によれば、中央の永久磁石の側面部の空洞を大きくすることができるため、永久磁石固定用の接着剤の挿入が容易となり、モータを組み立てやすいという効果が得られる。
　なお、以上の実施の形態１～４に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。
　例えば、実施の形態１～４では、１極あたり２個または３個の永久磁石を外周面に向かってＶ字状もしくはＵ字状（即ち、外周面に向かって凹型もしくは回転子中心に向かって凸型）に並べて配置する回転子の構成を例示したが、１極あたり永久磁石数が４個以上であっても構わない。即ち、本発明に係る永久磁石型回転電機では、１極あたり複数個の永久磁石を外周面に向かって凹型もしくは回転子中心に向かって凸型に並べて配置する構成であっても構わない。
　また、実施の形態１～４では、磁石挿入穴７に埋め込む永久磁石８として、例えば図４に示すような概略矩形形状のものを例示したが、このような矩形形状に限定されるものではなく、例えば台形形状のものを用いても構わない。
　また、実施の形態１～４では、磁束制御穴２０の形状は、一例として円形である場合について説明したが、円形に限定されるものではなく、他の形状であっても構わない。ただし、円形の場合には、加工が容易になるという利点があり、製造工程の短縮化には有効である。
　以上のように、本発明は、回転子鉄心の外径精度を維持しつつ、トルクリプルの低減を可能とする永久磁石型回転電機として有用である。
１　永久磁石型電動機
２　固定子
３　固定子鉄心
３ａ　スロット
３ｂ　ティース
４　固定子コイル
５　回転子
６　回転子鉄心
７（７ａ～７ｃ），１５ａ　磁石挿入穴
８（８ａ～８ｃ），１６（１６ａ～１６ｃ）　永久磁石
９（９ａ１，９ａ２，９ｂ１，９ｂ２，９ｃ１，９ｃ２），１７ａ１　空洞部
１８　回転空隙
２０ａ，２０ｂ　磁束制御穴
２２　極間部
２４ａ，２４ｃ　破線部
３０　磁極間中心線

Claims (5)

  1. 　スロットの内部に固定子コイルを収納する複数のスロットを有する固定子と、
    　前記固定子に回転空隙を介して回転可能に配置される回転子鉄心を有し、この回転子鉄心の内部に１極あたり複数個の永久磁石が埋め込まれる回転子と、
    　を備え、
    　前記回転子鉄心には前記複数個の永久磁石を埋め込む磁石挿入穴が回転子中心に向かって凸型に形成され、前記各磁石挿入穴に永久磁石を埋め込んだときに、両側に位置する永久磁石の少なくとも外周部側の側面部には空洞部が形成され、
    　前記複数個の永久磁石からなる一の永久磁石群と、当該一の永久磁石群に隣接する他の永久磁石群との間の極間部には、磁極間の中心線を基準として対称形を成す一対の磁束制御穴が各磁極毎に設けられ、
    　前記各磁束制御穴の直径をｄ、当該一対の磁束制御穴の中心間距離をｍ、前記極間部の幅をｂ、前記永久磁石群の極ピッチをτとするとき、前記中心間距離ｍを前記永久磁石群の極ピッチτで規格化したｍ／τの値が、０．０８＜ｍ／τ＜（ｂ－２ｄ）／τを満足するように当該磁束制御穴が設けられていることを特徴とする永久磁石型回転電機。
  2. 　前記回転子鉄心は、積層した電磁鋼板をかしめによって一体化する構造であり、
    　前記一対の磁束制御穴が、かしめ構造の穴であることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型回転電機。
  3. 　前記中心間距離ｍを前記極ピッチτで規格化したｍ／τの値が、０．１＜ｍ／τ＜（ｂ－２ｄ）／τを満足するように前記磁束制御穴または前記かしめ構造の穴が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石型回転電機。
  4. 　前記回転子鉄心には１極あたり３個以上の永久磁石を埋め込む磁石挿入穴が形成され、当該磁石挿入穴は、前記回転子鉄心の外周方向に向かって開くように概略Ｕ字状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石型回転電機。
  5. 　前記磁石挿入穴は、前記回転子鉄心の外周方向に向かって開くようにＶ字状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石型回転電機。
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